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L'invention est relative au béton précontraint et p.us particuliè- rement aux moyens de précontraindre le béton suivant l'une ou l'autre mé- thode de pré-tension ou de post-tension utilisant des barres déformées en a- cier à haute résistance, c'est-à-dire des barres dont les surfaces présen- tent des saillies, des nervures, des arêtes ou analogues destinées à aug- menter la liaison.
L'emploi de barres déformées en acier doux et en acier ex teneur moyenne en carbone est connu en vue d'armer le béton et il est également connu de précontraindre le béton au moyen de barres rondes dont l'extrémité est filetée ou présente d'autres moyens d'ancrage.En cas d'emploi de barres déformées pour un ouvrage en béton armé normal,lorsque l'on utilise des barres possédant des déformations de forme et dimensions choisies, comme par exemple correspondant à la spécification A S T M 305, il est connu d' utiliser sans danger des tensions de travail de 1408 Kg.par om2 (2000 livres par pouce carré) pour l'acier doux et pour quelques types d'acier doux travaillé à froid d'utiliser une tension de traction d'environ le double.
Cependant, dans la précontrainte du béton, qui fait l'objet de la présente invention, une tension de travail de 7040 Kg.par cm2 (100.000 livres par pouce carré) est possible grâce à la méthode d'exécution de l'ancrage et au mode opératoire conformes à la présente invention,quj, vont être mainte- nant décrits.Il ressortira de la description suivante que la pratique connue du béton armé normal ou la méthode connue jusqu'ici de l'emploi de barres déformées sont toutes deux essentiellement différentes de la présente in- vention,à cause des hautes tensions de l'acier et des hautes tensions de liaison en résultant qui interviennent.
En outre du fait que le ,bbut de cette invention consiste à rendre possible l'obtention d'une résistance finale accrue du b'éton précontraint' au moyen de la forte liaison autour du centre de plus grand moment de fle- xion et à éviter dans une mesure large ountotale la nécessité d'ancrages terminaux, la méthode d'obtention de la résistance , très élevée de liai- son désirable aux estrémités des éléments constitue une caractéristique spé- ciale de la présente invention.
Dans la méthode de fabrication d'un élément en béton précontraint conformé à l'invention, on utilise des barres précontraintes en acier à hau- te résistance, dont la surface présente des déformations ,qui compriment des saillies analogues à des nervures, et, dans le but de résister aux efforts de rupture dans le béton précontraint produits par des poussées radiales des déformations de la barre, lorsque celle-ci est soumise à une tension de précontrainte, une marmature annulaire est prévue dans la zone longitudinale de liaison de la barre à l'élément en béton à la partie termi- nale de l'élément entourant la barre (et chaque barre) individuellement et d'une étendue longitudinale correspondant à ladite partie terminale.
La forme préférée et la plus avantageuse de'l'armature annulaire est une hélice en fil métallique, quoiqu'une forme en spirale ou une com- binaison d'anneaux en fil métallique puisse être employée.Il faut remarquer que, quoique l'on ait utilisé des armatures rectangulaire et circulaire avec des barres d'armature unies, ceci n'est pas prévu pour résister à l'effort de rupture, parce que cet effort ne se produit d'une manière significative qu'avec desbarres pouvues de déformations présentant des surfaces déclives (il s'agit des faces latérales des nervures),lesquelles provoquent des efforts radiaux (c'est-à-dire de rupture).
De même, avec une armature en acier ordinaire, qui peut posséder des déformations,comme utilisé dans le béton armé ordinaire, les forces radiales dues à la liaison sont normalement trop petites pour rendre nécessaire la méthode conforme à la présente invention.Si les efforts de rupture étaient en réalité de grande amplitude,
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ce serait un sérieux inconvénient d'utiliser des barres déformées dans du béton armé ordinaire.Cependant, avec le béton précontraint une contrainte de l'acier à 7040 Kg par cm2 (100.000 livres par piuce carré) est habituelle et, en comparaison avec le béton armé ordinaire,
l'effort de rupture est jusque cinq fois aussi grand.Cet effort de rupture peut être calculé en multipliant la force dans la barre par le rapport de Poisson concernant le béton.L'hélice ou la spirale.ou les anneaux en fil métallique constituant 1' armature annulaire sont, conformément à l'invention,prévus de façon à assurer la totalité de la résistance désirée de la même manière qu'une chaudière est calculée pour résister à la tension annulaire.
Dans le dessin annexé:
Figures 1,2 et 3 représentent en élévation latérale et en coupe transversale trois formes de barres d'armature à surface déformée, qui peu- vent être avantageusement employées pour exécuter la présente invention ;
Figure 4 est une coupe schématique en élévation latérale d'un élément en béton montrant la précontrainte d'une barre donformément à la présente invention par la méthode de post-tension;
Figures 5a et 5b sont des coupes transversales de l'élément en béton représenté en Figure 4, à proximité de l'une et l'autre extrémité, montrant des méthodes différentes de placement d'une armature auxiliaire;
Figures 6 et 7 sont des coupes partielles en élévation latérale d'un élément en béton, dont une extrémité montre deux méthodes différentes d'augmentation de la résistance de la liaison de l'armature;
Figure 8 est une coupe partielle en élévation latérale du moyen d'ancrage provisoire pour la barre d'armature;
Figure 9 est une vue en élévation latérale d'une variante du moyen d'ancrage provisoire,et
Figure 10 est une vue en perspective d'un appareil destiné à précontraindre le béton par la méthode de prétension conformément à la présente invention.
En Figures 1,2 et 3 du dessin sont représentées différentes formes de barre déformée, lesquelles conviennent aux méthodes décrites ci-après aussi bien pour un travail de pré-tension que de post-tension. Dans cliaque forme des nervures transversales a réalisant la liaison mécanique entre la barre et le béton ou le lait de ciment qui %'entoure, et des nervures longitudinales b peuvent être prévues supplémentairement pour faciliter le laminage des barres.Si la barre reçoit une torsion pendant ou après lami- nage, voyez Figure 3,les nervures longitudinales b provoquent par leur défaut d'alignement axial une certaine liaison mécanique s'ajoutant à celle réalisée par lesnervures transversales a.
Dans la mise en oeuvre de l'invention conformément à un mode d' exécution exemplatif dans son application à la précontrainte du béton par la méthode de post-tension, une poutre ou tout autre élément en béton 1 comprend une ou plusieurs barres en acier à haute résistance 2, mises en place avant bétonnage de façon à être enrobées dans le béton à une extrémité 3.
Le restant de plus grande longueurde la barre ou de chaque barre 2 est libre ,tout en étant logée dans untube 4 en métal ou en tout autre matériau approprié empêchant la liaison avec le béton.Le tube 4 est intimement relié à la barre 2 à son extrémité intérieure 5 pour empêcher l'entrée de ciment, de béton ou d'eau à l'intérieur du tube et celui-ci peut en outre être pourvu d'un évent 6 voisin de l'extrémité 5.Dans le but d'amener le lait de ciment à l'intérieur 7 du tube 4, conformément à l'une des méthodes, un tube
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de remplissage 8 peut être prévu de préférence à une certaine distance de l' évent 6.
Dans le but d'empêcher le crevassement du béton quand de grands efforts de précontrainte sont appliqués à la barre 2, et en vue de dévelop- per toute la résistance-de liaison désirée aux extrémités,'de l'élément (par exemple la poutre 1) plutôt qu'en un point indéterminé quelconque entre ces extrémités, comme cela peut arriver dans la pratique actuelle connue, une armature annulaire 9 est prévue pour entourer le ou les bouts extrêmes de la barre 2 à une certaine distance radiale de celle-ci.L'armature annulaire
9 peut avoir et de préférence à la forme d'une hélice en fil métallique,com- me il est représenté, mais une spirale en fil de fer ou une série d'anneaux espacés en fil métallique peuvent être éventuellement employés.Pendant le bétonnage,
l'armature annulaire 9 peut être maintenue convenablement en place par des étriers en'fil métallique 10, voyez Figure 5a, ou par suspen- sion à une broche transversale 11 au moyen d'une pince ou d'une ligature
12, voyez Figure 5b.
Lorsque le béton a pris, une tension est appliquée à la barre 2 au moyen d'un vérin hydraulique 13 ou un appareil équivalent et la barre est maintenue sous tension par un ancrage provisoire 14 prenant appui contre la face terminale 15 del'élément 1.L'ancrage provisoire 14 peut être d'un type quelconque approprié et peut être indépendant de l'organe 'destiné à l'accou- plement de la barre 2 au verin 13, par exemple comme il est représenté en Fig.4, où un mandrin à coin 16 relie l'arbre du verin 17 à la barre 2.Even- tuellement, les moyens d'ancrage provisoires peuvent être conbinés avec des moyens permettant d'accoupler la barre 2 au verin ou tout autre dispositif de mise sous tension, comme décrit ci-après en référence à la Figure 6.
Après que la barre 2 a été précontrainte et que l'ancrage provi- soire 14 la maintient sous traction, l'espace annulaire 7 à l'intérieur du tube 4 et autour de la barre 2 est rempli d'un lait de ciment ou analogue au travers de la conduite de remplisage 8 ou à travers l'extrémité 18 du tu- be en utilisant des masques 19 convenablement ouverts montés autour de la barre extérieurement à la face extrême 15 de la poutre et à proximité de 1' organe provisoire d'ancrage 14 ou faisant corps avec celui-ci.
Lorsque le lait de ciment a pris, la tension est de nouveau appli- quée à la barre pour permettre le démontage de l'ancrage provisoire 14 et elle est ensuite lentement retirée de façon que le lait ou analogue introduit dans le tube 4 résiste à la tension totale, ou sensiblement totale, primiti- vement produite dans la barre, la très grande action d'armement et de liai;
!son de l'armature angulaire 9 permettant de maintenir la précontrainte aux deux extrémités de l'élément en béon sans nécessiter un ancrage terminal permanent quelconque
Néanmoins, il peut être désirable ou nécessaire de prévoir en certains cas une surfacq de portée plus grande sur le béton aux extrémités ou près des extrémités dé l'élément que celle réalisée par les nervures a portées par les barres.Dans ce but, voyez Figure 6, un collier 20 en métal ou tout autre matériau approprié est fixé à la barre 2 en contact étroit avec les déformations de la barrepar exemple en serrant le collier à chaud.Pour ajuster le collier 20, l'extrémité du tube 4 est évasée jusqu'à un diamètre assez grand comme en 21, la partie évasée étant entourée par 1''armature an- nulaire susdite 9.
Conformément à une variante de la éthode d'obtention d'une surfa- ce de portée supplémentaire, voyez Figure 7, deux coins semi-circulaires 22 en fonte ou autre matériau approprié sont profilés pour s'adapter à la déformation de la barre 2 et ils sont maintenus en place par un collier 23 placé de façon que les forces de traction dans la barré tendent à introduire
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les coins 22 à l'intérieur du collier en exerçant une action de serrage accrue .
Le moyen pour augmenter la surface de portée supplémentaire re- présentée en Figures 6 et 7 est mis en place avant que le bétonnage filait lieu.Ce moyen n'est cependant pas nécessaire pour permettre à la barre 2 de transmettre la force de liaison nécessaire excepté dans certains cas par exemple dans le cas de courts éléments en béton comprenant des barres de .diamètre relativement grand et aussi lorsqu'il existe une large variation dans la charge constamment renouvelée de l'élément.
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Dans le but de maintenir la barre sous tension, tandis que le lait de ciment est introduit dans le cas d'ouvrage en béton post-tendu et aussi de permettre un enlèvement facile du verin, on emploie le moyen pro- visoire d'ancrage susmentionné indiqué d'une manière générale en 14 sur la Figure 4-Le moyen provisoire d'ancrage peut être de tout type approprié capable de serrer convenablement la barre sous la tension appliquée et susceptible d'être placé contre la face de portée de l'élément en béton pour compenser l'allongement de la barre sous tension.En Figure 8;
cependant on a représenté une forme préférée d'ancrage comportant d'autres moyens pour attacher l'arbre du verin sans avoir recours au mandrin supplémentaire 16 représenté en Figure 4.La barre déformée 2 fait saillie au-delà de 1' extrémité du tube 4 enrobé dans l'élément de béton 1 et elle est saisie par une pluralité de coins 25 retenus par un manchon 26 représentant une sur- face interne conique 27 destinée à coopérer avec les coins 25.La surface cylindrique extérieure du manchon 26 est pourvue d'un filet 28 qui se visse dans le filet interne 29 prévu dans une douille 30 ppur permettre le règlage axial de ce dernier dans l'un et l'autre sens par rapport à la surface de portée 15 de l'élément en béton en vue de réaliser l'ancrage et de le supprimer.
Le manchon 26 présente en outre un court perçage cylindrique 31 à son extrémité éloignée du diamètre inférieur de la surface conique 27 ; ce perçage possède un filet 32 dans lequel peut se visser-l'extrémité de l'arbre (non représentée en Figure 8) d'un verin de façon à sa disposer coaxialement par rapport à la barre 2.
Lorsqu'un verin est accouplé au man- chon 26 grâce au filet 32,la force de traction peut être appliquée à la barre 2, qui s'allonge; comme le manchon 26 et les coins 27 sont écartés de la surface de portée 15 de l'élément,la douille 30 peut être visséellongi- tudinalement pour réaliser ou maintenir un contact de pqrtée avec la surface 15 et, à la fin de la contrainte, elle peut être énergiquement appliquée par vissage contre la surface 15,de façon que l'ancrage devient efficace et remplace le verin dans sa fonction de serrage.Dans le but de faciliter le vissage de la douille 30, celle-ci peut,être pourvue de perforations (non représentées) en vue de l'application d'un clef à er gots.
Conformément à une variante (non représentée) de l'ancrage pro- visoire représenté en Figure 8, le trou taraudé 31 du manchon 26 peut être supprimé et le manchon 26 modifié par le remplacement du trou 31 par une partie de diamètre réduit fileté extérieurement pour recevoir une extré- mité d'un manchon taraudé, dont l'autre extrémité peut être vissée sur l'arbre du verin pour servir d'accouplement entre l'arbre du verin et le manchon d'ancrage.
Conformément à une autre variante (non représentée) de l'an- crage provisoire représenté en Figure 8, la douille filetée 30 peut être remplacée par une bague ou un collier fileté de longueur axiale réduite, lequel coopère avec un collier lisse ou un organe profilé en U desyiné à presser l'ancrage contre la face de portée de l'élément en béton.
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Une variante des moyens d'ancrage provisoires est représentée en
Figure 9, où la barre déformée 2 fait saillbe au-delà de la face terminale
15 de l'élément en béton 1 à l'intérieur et au travers d'un bloc d'ancrage
33 grâce à des ouvertures percées dans ce dernier.Le bloc 33 est en outre percé d'uneouverture 35 de diamètre relativement grand s'étendant transver- salement à angle droit par rapport à l'axe des ouvertures 34 et destinée à recevoir une paire d'organes de serrage 36 de section transversale en forme de segment et présentant des faces en dents de scie 37 susceptibles d'être pressées pour la serrer sur la barre déformée 2,passant diamétralement par rapport à l'ouverture 35 entre ces organes.Dans le but de raccorder le bloc 33 à un verin ou autre dispositif de mise sous tension,
des broches
38 (dont une seule est visible en Fig. 9) sont introduites dans le bloc de part et d'autre de l'axe de traction, et il est possible d'y relier un é- trier de fixation (non représenté) pour le verin ou un organe équivalent En combinaison avec l'organe d'ancrage comprenant le bloc 33 et l'organe de serrage 36, une pièce règlable 38' destinée à transmettre la popssée est interposée entre la face 39 du bloc 33 et la face de portée 25 de 1' élément.La pièce de poussée 38' peut, comme il est représenté, consister en un élément 40 en forme de U, dans lequel sont .vissés des boulons à tête 41 prenant appui contre la face 39 du bloc 33 pour permettre des règlages, lorsque la barre s'allonge sous tension.
Dans l'exécution de l'invention conformément à une autre variante par exemple dans son application à la prépontrainte de béton par la méthode de pré-tension,les principes exposés dans la description antérieure sont applicables avec des modifications dépendant des différences ehtre les techniques de la pré-tension et de la post-tension.
Lorsque des moules sont naturellement suffisamment résistants pour supporter la ou les barres de précontrainte allongées sous tension et que le béton est mis en place et durcit, on peut adopter les méthodes conformes à la description qi-dessus,exception faite de ce qu'aucun conduit ou tube pour le lait de ciment n'est nécessaire du fait que les barres sont reliées di- rectement au béton de l'élément.Les moyens d'ancrage peuvent être les mêmes à part de la poussée sera appliquée contre la face terminale du moule, c'est-à-dire que la douille filetée 30 de Figure 8, ou l'élément 38' en forme de U de Figure 9 prendra appui contre le moule.De même, les moyens représen- tés en Figures 6 et 7 augmenter la surface de portée entre la barre déformée et le béton environpant peuvent être utilisés,
à part qu'aucune conduite ou tuyauterie n'est nécessaire.Pour les raisons précédemment décrites,on incor- pore en outre des armatures annulaires en fil de fer, représentées en 9 en Figures 4 à 7.
En vue de la pré-tension du béton, conformément à la présente in- vention,par la méthode habituellement désignée par l'expression "longue linë" on peut employer avantageusement l'appareil représenté en Fig.10.Un bâti allongé 50 présente un about vertical fixe 51 à chaque extrémité,l'ensemble étant suffisamment solide pour résister à la tension totale imposée sur tou- tes les barres soumises simultanément à tension.
Des moules 52 de la section et de la longueur désirées sont placés sur le bâti 50 entre les abouts 51 conformément à la pratique normale, et des barres d'armature 2, à haute ré- sistance et à surface déformée ,y sont introduites, en traversant le ou les moules 2 et elles sont ancrées à une extrémité à l'about voisin 51.A leur autre extrémité, les barres 2 sont accouplées individuellement à des barres de traction 55, qui traversent librement l'about frontal 51 et sont fixées par des écrou 57 à une plaque de poussée 56.Des verins 58 sont placés en- tre l'about frontal 51 et la plaque de poussée 56 pour déplacer celle-ci vers l'extérieur en vue de conner la tensiop et l'extension désirées aux bar- res 2 par l'intermédiaire des barres de traotion 55.
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Pour éviter toute perte de longueur des barres d'armature 2,les barres de traction 55 se prolongent jusqu'au voisinage des extrémités des moules 52, c'est-à-dire jusqu'à une ou jusqu'au deux extrémités du moule ou de la ligne de moules, et elles sont accouplées aux barres 2 grâce à des mandrins à coin 59 ou analogues,par exemple comme il est représenté en Figures 8 ou 9.Dans le cas du mandrin à coin représenté en Fig.8,les barres de traction 55 peuvent se terminer par un organe fileté (non représenté) capable de s'engager soit dans le trou taraudé 31 ou sur la surface file- tée extérieurement 28 du manchon 26 (du fait de ce dernier mode de fixation.
la douille extérieure 30 n'est pas nécessaire).Dans le cas du moyen d'an- crage représenté en Figure 9, l'élément 38 en forme de U et les boulons 41 ne sont pas non plus nécessaires et les barres de traction 55 se terminent par un organe capable de se raccorder aux broches 38 traversant le bloc 33.
Comme il a été précédemment décrit avec référence à la méthode de post-tension et à la Figure 4, lors de l'assemblage des moules 52 et du placement des barres 2 au travers de ceux-ci,des armatures annulaires , telles que 9 en Figures 4 à 7, sont prévues autour des barres 2 à proximi- té de chaque extrémité de chaque moule dans le but précédemment exposé.
REVENDICATIONS.
1. Méthode de fabrication d'un élément en béton précontraint comprenant l'emploi de, barres précontraintes de haute résistance dont la surface déformée présente des saillies analogues à des nervures,prévoyant " dans la zone longitudinale de liaison d'une barre à l'élément en béton à la partie extrême de celui-ci, une armature annulaire enrobée dans l'élément en béton et encerclant séparément la barre ou chaque barre à proximité de ladite partie extrême.